重金属铊污染及防治对策分析

曾建萍

（萍乡市环科环保技术服务有限公司，江西 萍乡 337000）

0 引言

铊（简称“Tl”）属于稀有重金属元素，应用于通讯、航天、军工、化工、电子等领域中，但铊元素存在较强毒性，且具有强迁移性、潜伏性，对哺乳动物危害极大。在工业化发展期间，铊元素经化工生产、金属冶炼、矿山开采等活动不断累积于地表，而动植物则极易吸收水体、土壤中的铊元素，最终经食物链累积后危害人体健康，引发铊中毒，因此，必须加强对铊污染排放的防治与控制。

1 重金属铊污染来源及分布

1.1 铊污染来源

铊元素多存在于土壤、岩石矿物、生物体、水体中，属于自然分散状态下的铊元素并不会直接危害生态环境及人体健康，但受到迁移扩散及富集效应影响，则会造成极大危害。

铊元素来源分为两部分，其一为成土母质，其二为人类活动排放，而化工生产、金属冶炼、矿物开采等人为因素是造成铊污染的主要原因。从成土母质角度来看，该因素是土壤中铊元素的主要来源，成土母质直接决定铊元素在土壤中的含量[1]。而从人类活动角度来看，部分矿山中存在铊元素，在矿山开采过程中，则会使铊元素逐渐扩散至大气中。现阶段铊独立矿物主要为铝的硫盐矿物、硫化物，而处于自然界中的硫化矿物经风化、氧化、综合反应、分解后则会形成酸性废水，在此期间，铊元素将会随酸性废水在土壤、水体中迁移。此外，矿石冶炼同样是造成铊污染的主要因素之一，例如：大部分煤矿中的铊元素含量处于0.01～2 mg/kg 区间内，部分硫煤矿中铊元素含量较高，甚至达12～100 mg/kg。铊元素现阶段在部分产业领域中具有广泛用途，为满足铊稀有金属需求，铊资源开采活动不断持续，进一步加剧了铊污染危害，且铊元素具有较强扩散迁移作用，因此必须重视铊重金属污染问题。

1.2 铊污染分布

1.2.1 矿物中的铊

铊属于重金属元素，现阶段已发现硫砷铊矿、辉铊矿、铊明矾矿、硫砷汞铊矿、红铊矿等铊独立矿物，但该类独立矿物数量极少，难以发展为独立矿床，多以伴生形式存在于铅锌硫化物矿床、铜矿床内，我国铊稀有金属资源较多，主要分布于云南、贵州、安徽等地。结合表1 可见，铊在不同岩石类型中的含量存在差异，根据表1 含量数据可知，在沉积岩中，铊元素在泥质岩、黑色页岩、碳酸盐中的含量较为平均，主要存在于粘土岩中；在岩浆岩中，铊元素含量在超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩中表现出逐步增多的特征；在变质岩中，铊元素主要存在于片麻岩中。

表1 铊在不同岩石类型中的含量

在成岩成矿演变过程中，铊含量表现出不同变化，具体含量变化可见表2。矿物中的铊在地表中存在较强迁移特性，故在含铊矿物开采过程中，受到铊迁移扩散特性影响，含铊矿区在开采期间易出现铊中毒现象，此外，含铊矿石冶炼焙烧期间，铊能够随飞灰排至大气环境内，因此，需加强对含铊矿区生态环境的监管治理[2]。

表2 基于成岩成矿演变过程的铊含量变化

1.2.2 土壤中的铊

不同性质的土壤中存在的铊元素含量存在差异，结合干燥红壤分析，铊含量在我国随纬度由南到北表现出逐渐降低的趋势，此外，在同类土壤中，随经度由东向西铊含量同样表现为逐渐减少[3]。对铊元素在土壤中的基本浓度参数进行统计，具体情况可见表3。由表3 可知，铊元素在我国土壤中的平均含量为28.82 mg/kg，标准差为21.65 mg/kg，最大值与最小值分别为93.17、2.25 mg/kg，变异系数为75%，其中变异系数主要代表铊元素在土壤中的空间分配均衡性，变异系数越高则证明铊元素在土壤中的浓度分配越不平衡。除此之外，土壤铊元素含量平均值与分布区间分别为0.20 mg/kg、0.10～0.80 mg/kg。

表3 土壤铊元素基本浓度参数

土壤中的铊污染具体来源，在自然环境下，铊元素在土壤中的含量较低，人类活动（如矿产开采、农耕活动、工业生产等）是引发土壤铊污染的主要因素。

在自然环境下，全球与我国的土壤铊含量区间为0.01～3.0 mg/kg、0.29～1.17 mg/kg，从某种程度上来看，土壤中铊含量在不同母岩风化中的含量有所差异，具体可见表4，与土壤腐殖质、粒度、pH 值无关。铊元素在高温环境下具备易挥发特性，故煤燃烧、金属冶炼期间，铊元素则会逐渐扩散至大气环境中，经大气沉降后进入土壤，继而引发土壤铊污染。在长期工业发展中，随着铊金属元素的深入开发，现阶段铊污染已成为土壤重点污染类型，土壤铊污染在黔西南地区采矿区较为严重，含量甚至可达40～124 mg/kg，因此，必须重视土壤铊污染治理工作。

表4 土壤中铊含量在不同母岩风化中的含量

1.2.3 水体中的铊

铊在海水、河水、湖水、地下水、溪流水等自然水体中广泛分布，但其含量普遍较低，分别为0.012～0.061 2 mg/kg、0.006～0.715 mg/kg、0.001～0.003 6 mg/kg、0.001～1.264 mg/kg、0.001～0.006 mg/kg，而在冶炼工业废水、矿坑废水中，铊高度聚集，属于铊水污染重点区域。为避免铊金属元素成为水体污染重点问题，需对水体中铊元素的迁移方式、存在价态、含量分布、危害程度进行研究。结合实际情况来看，部分地下水、溪流水中铊含量加高，而产生该现象的原因在于当地含铊硫化物经水岩相互作用、化学风化作用、物理作用而使铊逐渐迁移到了地表水及地下水中。此外，燃煤活动、金属冶炼等人为生产作业所排出的烟尘中同样存在铊元素，经沉降后则会进入水体环境中[4]。水体中的铊元素主要以Tl3+、Tl＋的形态存在，对其细致分析后，发现Tl＋含量更多，仅在水体存在强氧化现象时存在Tl3+，由此可见，在水体环境中，铊元素主要以Tl+的形态迁移扩散。在地表水、河水、海水中，Tl+在全部溶解铊元素中的质量分数为68%～96%，对于部分有机质含量较高的水体环境中，则Tl3+质量分数更高，占据53%～61%。

1.2.4 大气中的铊

大部分铊化合物具备强挥发性，在矿物冶炼期间，铊则会以气体形态扩散迁移至大气中。在矿物冶炼焙烧期间，约质量分数为60%～70%的铊随烟气进入烟道，而铊沸点为298 ℃，经冶炼焙烧后铊转化为气态，扩散至大气中造成污染。而处于大气中的铊最终经沉降后逐渐迁移到土壤、水体中。

2 重金属铊污染防治策略

结合上述分析可见，重金属铊污染主要表现在矿物、土壤、水体、大气中，但随着铊元素的迁移扩散，其主要在土壤、水体中富集，故土壤与水体成为防治重金属铊污染的重点，以下从土壤铊污染与水体铊污染两个角度展开分析。

2.1 土壤铊污染防治

2.1.1 物理防治

该方法是指基于铊在不同土层、剖面中的分布特点，采用物理手段降低土壤中铊浓度的方式，主要包括去地表土、翻土、换土、加土四种处理防治。其中去地表土是指去除土壤表层中已被铊污染的土层，该方式防治效果优异，但所需人力、物力较多，在污染严重、面积较小的区域中尤为适用。翻土是指通过翻转土壤，使已被铊污染的土层转移到下方，尽可能避免植物吸收与接触，避免铊元素经富集而流入食物链。换土是指更换土层，即运用无污染土壤将铊污染土层替换，以此起到铊污染防治的效果。加土则是指增加土层，将无污染土壤覆盖至铊污染土层上方。

2.1.2 化学防治

对土壤碱化处理，将碱性物质（如石灰等）添加至铊污染区域土壤中，借助碱性物质对铊迁移活动进行抑制。该方式简单有效、便捷经济，但完成防治后，铊仍可通过酸性介质再次活化迁移。此外，还可将有机质肥料、铁锰氧化物添加至土壤中，对铊重金属元素进行吸附，遏制铊的迁移。

2.1.3 生态防治

该方式是借助植物完成土壤修复，运用屈曲花科植物、中亚灌木等对铊具有超强富集作用的植物改善土壤生态，以此治理与控制土壤铊污染。生态防治综合效益较高，但治理效果缓慢，适用于污染轻、范围大的土壤防治。

2.2 水体铊污染防治

水体铊污染防治可采用离子交换法、活性Al 净化法对进行处理，借助该类方式治理后的水体，其铊含量可降低至2 ug/L，该类方法治理效果优异，但成本较高，难以在大规模铊污染废水治理作业中实现普及。此外，可营造碱性还原环境，将硫化物添加至铊污染废水中，借助硫酸还原菌将水体中广泛存在的Tl+转化为Tl2S 沉淀，使铊以沉淀物的形式析出，以此有效降低废水中的铊含量。同时，还可运用饱和NaCl 溶液将水体中Tl+转化为TlCl 沉淀，同样可实现固体沉淀析出，在此基础上运用电析法、反渗法、超滤法等方式对废水进行净化即可。

3 结语

矿物、水体、土壤与大气中均存在不同含量的铊元素，而经迁移与沉降中，为保障重金属铊污染防治效果，应重点对土壤与水体中的铊污染进行防治。在土壤铊污染防治期间，可从物理防治、化学防治、生态防治三个层面对铊污染进行控制，而在水体铊污染防治过程中，可采用电析法、反渗法、超滤法等方式对水体中铊污染现象进行控制。